JPH07289859A - 濾過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 濾過槽１内に平行板２を配設し、この平行板
２に対して、中空糸膜７と、中空糸膜の端部を固定する
固定部材６と、構造材５とを有し、固定部材の中空糸膜
に垂直な断面の形状が細長いほぼ矩形である中空糸膜モ
ジュール３を、中空糸膜が平行板間に位置しかつ平行板
とほぼ平行になるように配置する。 【効果】 スクラビングの際に噴気手段から放出された
気泡が中空糸膜全体に均一に当たるので膜面の洗浄が効
率よく実施でき、長期に亙って差圧の上昇及び流量低下
が防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸膜モジュールが
配設された濾過装置に関し、特に汚濁性（殊に有機物の
汚濁性）の高い液体を処理するのに適した濾過装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、中空糸膜モジュールは、無菌水、
飲料水、高純度水の製造や、空気の浄化といったいわゆ
る精密濾過の分野において多く使用されてきたが、近
年、下水処理場における二次処理、三次処理や、浄化槽
における固液分離等の高汚濁性水処理用途に用いる検討
が様々な形で行われている。

【０００３】これらの分野で用いられている中空糸膜モ
ジュールも、従来の精密濾過の分野において用いられて
きた円形状や同心円状に中空糸膜を収束して配置した円
筒形タイプのものがほとんどであった。また、改良が施
されるとしても、中空糸膜の充填率や充填形態を変える
だけのものが多かった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の中空
糸膜モジュールを用いて高汚濁性水（例えば、ＳＳ≧５
０ｐｐｍ，ＴＯＣ≧１００ｐｐｍ）の濾過処理を行った
場合には、使用に伴ない中空糸膜表面に付着した有機物
等の堆積物を介して、中空糸膜同士が固着（接着）して
一体化されることにより、モジュール内の中空糸膜の有
効膜面積が低下し、濾過流量の急激な減少がみられた。
特に、この現象は円筒形モジュールの中心部の中空糸膜
において著しく、大型のもの程顕著であった。

【０００５】また、このようにして中空糸膜同士が固着
して一体化した中空糸膜モジュールを定期的に膜面洗浄
や逆洗を行う場合も、一旦固着一体化したモジュールの
機能回復は容易ではなく、洗浄効率の低下がみられた。

【０００６】この問題の解決策として、集束型で円筒形
の中空糸膜モジュールに換えて、多本数の中空糸膜をシ
ート状に並び拡げて配置し、中空糸膜の片端部または両
端部が一つまたは異なる二つの構造材内において固定部
材でそれぞれの開口状態を保ちつつ固定されてなる中空
糸膜モジュールであって、固定部材の中空糸膜に垂直な
断面の形状がいずれも細長いほぼ矩形である中空糸膜モ
ジュールが提案されている（特開平５−２２０３５６号
公報等）。

【０００７】このようなシート状の平型の中空糸膜モジ
ュールは、中空糸膜を層間隔を設けて内外層に均等に配
置させることが可能となり、膜面洗浄の際、中空糸膜表
面を均等に洗浄することが極めて容易となるので、これ
までのような濾過効率の低下を抑えることができるな
ど、高汚濁性水の濾過に適したモジュールである。

【０００８】しかし、このタイプの中空糸膜モジュール
を用いても、汚濁度の高い原水を濾過する場合には、中
空糸膜に気泡を当てて振動させての洗浄（スクラビン
グ）が不十分であると、濾過を続けるうちに中空糸膜間
に濁質が次第に堆積した。この濁質の堆積は有効膜面積
の減少を招き、差圧の上昇及び流量低下を引き起すこと
によってモジュールの寿命を早めるという問題があっ
た。

【０００９】本発明の目的は、上記シート状の平型中空
糸膜モジュールを用いた濾過装置であって、スクラビン
グが効率よく実施でき、高汚濁性水の濾過に使用しても
中空糸膜間に濁質が堆積しにくく、長期に亘って差圧の
上昇及び流量低下を引き起すことが少ない濾過装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、シ
ート状に並び拡げて配設された中空糸膜と、中空糸膜の
端部を開口状態を保ちつつこれを固定する固定部材と、
固定部材を支持収納する構造材とを有し、固定部材の中
空糸膜に垂直な断面の形状が細長いほぼ矩形である中空
糸膜モジュールが濾過槽内に配設された濾過装置におい
て、該濾過槽内に平行板を配設し、中空糸膜モジュール
の中空糸膜が平行板間に位置しかつ平行板とほぼ平行に
なるように配置したことを特徴とする濾過装置である。

【００１１】

【作用】スクラビングの際に散気管等から放出された気
泡は、上昇するにつれて合泡により偏在化したり、中空
糸膜モジュールから離散したりしがちである。しかし、
平行板によって気泡は中空糸膜のシート状集合体に沿っ
て導かれ、放出された気泡を確実に中空糸膜の全体に対
して当てることができる。このため、モジュールの上方
に位置する中空糸膜も十分な洗浄が行なわれる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の濾過装置につき図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の濾過装置の模式縦断面図
であり、濾過分離槽１内に平行板２が配設され、これら
平行板と平行板の間に平行板とほぼ平行に位置するよう
に中空糸膜モジュール３が配設される。中空糸膜モジュ
ール３の下方には、スクラビングの際に気泡を放出する
噴気手段４が配設される。

【００１３】図２は、本発明の濾過装置に用いる中空糸
膜モジュール３の一例を示す斜視図である。中空糸膜モ
ジュール３は、基本的には、構造材５と、固定部材６
と、中空糸膜７とを有して構成される。これらに加え、
各種付属部材が付設されてもよい。

【００１４】構造材５は、中空糸膜モジュール全体を支
持する部材として機能し、細長いほぼ矩形の開口部を有
するとともに、その内部に濾液室を有する。その材質と
しては機械的強度および耐久性を有するものであればよ
く、例えばポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリプ
ロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ＰＰＥ樹
脂、塩化ビニル樹脂等が例示される。

【００１５】図１のように、直線状に配置された中空糸
膜の両端が開口を有するタイプの中空糸膜モジュールで
は一モジュール当り２個の構造材が使用されるが、中空
糸膜がＵ字状に折り曲げられて用いられるタイプのモジ
ュールでは１個の構造材が使用される。なお、濾液取り
出し口８が構造材５の一端に配設されている。

【００１６】構造材５の開口部は、そこに中空糸膜を伴
って充填固定される固定部材の中空糸膜に垂直な断面の
形状が細長いほぼ矩形となるようなものであることが必
要であり、この矩形の短辺の長さが３０ｍｍ以下となる
ことが好ましく、１５ｍｍ以下となることが特に好まし
い。すなわち、中空糸膜が固定部材の紐状の帯域に固定
されることでモジュール内の中空糸膜全体が平坦なシー
ト状に並び拡げて配設される。このように、多数本の中
空糸膜をほぼ平行に揃えてシート状に並び拡げること
で、中空糸膜束が一本の棒状に固着一体化するのが防止
される。一方、矩形の長辺の長さについては特に限定は
ないが、余り短いと一つの中空糸膜モジュール内に配設
できる中空糸膜の本数が減少するので好ましくなく、ま
た余り長いと製造が困難になるので好ましくない。通
常、長辺の長さは１００〜２０００ｍｍ程度とされる。

【００１７】固定部材６は、構造材５の開口部に充填固
定され、多数本の中空糸膜７の各端部を開口状態を保っ
たまま集束して固定するとともに、かつこれらの中空糸
膜を濾過膜として機能させるために、被処理水と処理水
とを液密に仕切る部材として機能する。固定部材６は、
通常エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレ
タン等の液状樹脂を硬化させて形成される。

【００１８】中空糸膜７としては、種々のものが使用で
き、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニ
ルアルコール系、ＰＭＭＡ系、ポリスルフォン系等の各
種材料からなるものが使用できるがポリエチレン、ポリ
プロピレン等の強伸度の高い材質のものが好ましい。な
お、濾過膜として使用可能なものであれば、孔径、空孔
率、膜厚、外径等には特に制限はないが、除去対象物や
容積当たりの膜面積の確保および中空糸膜の強度等を考
えると、好ましい例としては、孔径０．０１〜１μｍ、
空孔率２０〜９０％、膜厚５〜３００μｍ、外径２０〜
２０００μｍの範囲を挙げることができる。また、バク
テリアの除去を目的とする場合の孔径は０．２μｍ以下
であることが必須となり、有機物やウイルスの除去を目
的とする場合には分画分子量数万から数十万の限外濾過
膜を用いる場合もある。

【００１９】中空糸膜の表面特性としては、表面に親水
基等を持ついわゆる恒久親水化膜であることが望まし
い。恒久親水化膜の製法としては、ポリビニルアルコー
ルのような親水性高分子で中空糸膜を製造する方法、ま
たは疎水性高分子膜の表面を親水化する方法等公知の方
法が使用できる。例えば親水性高分子を膜面に付与し疎
水性中空糸膜を親水化する際の親水性高分子の例として
は、エチレン−酢酸ビニル系共重合体ケン化物、ポリビ
ニルピロリドン等を挙げることができる。別の手法によ
る膜面親水化の例としては、親水性モノマーの膜面重合
方式があり、このモノマーの例としてはジアセトンアク
リルアマイド等を挙げることができる。また、他の手法
としては疎水性高分子（例えばポリオレフイン）に親水
性高分子をブレンドして紡糸製膜する手法を挙げること
ができ、使用する親水性高分子の例としては上述したも
のが挙げられる。表面が疎水性の中空糸膜であると、被
処理水中の有機物と中空糸膜表面との間に疎水性相互作
用が働き膜面ヘの有機物吸着が発生し、それが膜面閉塞
につながり濾過寿命が短くなる。また、吸着由来の目詰
まりは膜面洗浄による濾過性能回復も一般には難しい。
恒久親水化膜を用いることにより有機物と中空糸膜表面
との疎水性相互作用を減少させることができ、有機物の
吸着を抑えることができる。さらに疎水性膜ではスクラ
ビングの際に気泡によって膜面が乾燥状態となることが
あり、これにより疎水性が強まりフラックスの低下を招
くことがあるが、恒久親水化膜では乾燥してもフラック
スの低下が生じない。

【００２０】中空糸膜７を、構造材５の細長いほぼ矩形
の開口部にシート状に並べて収納するには、中空糸膜を
例えば経糸として用いて編地としたものを一枚、または
この編地を数枚積層した積層体を使用するのが好適であ
る。

【００２１】上記に説明した中空糸膜モジュールは、本
発明の濾過装置には、通常複数個が配設される。

【００２２】本発明の濾過装置に配設される平行板２と
は、複数の平板状物体が互いにほぼ平行に配置されたも
のをいい、気泡の誘導機能が果せるだけの強度があれば
厚み、材質等は限定さない。平行板２は、中空糸膜のシ
ート状集合体部分の全体を平行板と平行板の間隙に収納
できるだけの面積を有していることが適当である。ま
た、濁質が堆積しないように表面が平滑なものが好まし
い。

【００２３】この平行板２の間に、中空糸膜モジュール
３の中空糸膜のシート状集合体が平行板２とほぼ平行に
位置するように配設されている。図３は、濾過装置内に
おける平行板と中空糸膜モジュールの位置関係の一例を
示すための水平断面図である。平行板は、中空糸膜モジ
ュールが配設される部位において各平行板がほぼ平行に
位置していればよく、この例のように平行板として連続
シートがポール（平行板支持部材）８間を蛇行するよう
に配置したものを用いてもよい。

【００２４】また、平行板２は、水平面に対して垂直で
ある必要はなく、多少傾斜をもたせて配設するこもでき
る。特に水平面に対し４５〜８５度の角度をもたせた場
合には、いわゆる傾斜板として、スクラビングを停止し
た際に膜面から離脱した濁質等が傾斜板上を滑り落ちる
ことにより、中空糸膜へ再付着するのを防止する役割を
も果させることができる。

【００２５】平行板により挟まれた各空間は、気泡が中
空糸膜から遠く離れるのを防止する機能を果すためもの
であるため、平行板間の間隔（ｗ）が余り広くなるのは
好ましくない。平行板間の間隔（ｗ）は６０ｍｍ以下が
好ましく、２０ｍｍ以下がより好ましい。

【００２６】噴気手段４は、スクラビングの際に放出し
た気泡が効率よく中空糸膜モジュール３に届くような位
置に設置される。図１のように噴気手段４をモジュール
と同様に平行板により挟まれた空間内に配置すると、気
泡が平行板設置部外へ漏洩することがないため好ましい
が、特に限定されるものではない。

【００２７】噴気手段として、多数の噴気孔を有する噴
気管を用いる場合には、沈殿性物質で噴気孔が詰まらな
いように噴気孔が下方に向くようにして配設することが
好ましい。また、中空糸膜全体に気泡が均一に当たるよ
う噴気孔が噴気管全体に万遍なく分布していることが好
ましい。

【００２８】本発明の濾過装置は、濾過槽として密閉容
器を用いた加圧濾過法にも使用できるが、中空糸膜を透
過した処理水を回収するサイドを吸引する吸引濾過法で
使用することが好ましい。特に、吸引濾過法を採用する
ことにより、濾過を行いながらのスクラビングによる膜
面洗浄が実施しやすくなる。また、周期的に一時吸引を
停止する、いわゆる間欠吸引運転法を採用することによ
り、膜面堆積物が膜面内部へ入り込むのを効率的に防止
することができ、中空糸膜モジュールの機能回復処理の
頻度を少なくすることもできる。

【００２９】本発明の濾過装置は、特に高汚濁性水の処
理に適しており、具体的な利用分野としては、河川水の
濾過、工業用水濾過、下水の固液分離、排水処理（例え
ば合併浄化槽での処理）等が挙げられる。

【００３０】

【発明の効果】本発明の濾過装置では、スクラビングの
際に中空糸膜モジュールへ向けて放出された気泡が平行
板によって規制され中空糸膜から離散するのが防止され
るため、モジュール内の中空糸膜全体の膜面洗浄が効率
よく実施でき、特に高汚濁性水の濾過において長期に亙
って差圧の上昇及び流量低下が防止できる。

【００３１】また、平行板を傾斜させて配置すると、い
わゆる傾斜板として堆積物の中空糸膜への再付着を防止
する効果も発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の濾過装置の模式縦断面図である。

【図２】本発明に用いる中空糸膜モジュールの一例を示
す斜視図である。

【図３】本発明の濾過装置の他の一例を示す水平断面図
である。

【符号の説明】

１ 濾過分離槽 ２ 平行板 ３ 中空糸膜モジュール ４ 噴気手段 ５ 構造材 ６ 固定部材 ７ 中空糸膜 ８ 濾液取り出し口 ９ ポール ｗ 平行板間の間隔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状に並び拡げて配設された中空糸
   膜と、中空糸膜の端部を開口状態を保ちつつこれを固定
   する固定部材と、固定部材を支持収納する構造材とを有
   し、固定部材の中空糸膜に垂直な断面の形状が細長いほ
   ぼ矩形である中空糸膜モジュールが濾過槽内に配設され
   た濾過装置において、該濾過槽内に平行板を配設し、中
   空糸膜モジュールの中空糸膜が平行板間に位置しかつ平
   行板とほぼ平行になるように配置したことを特徴とする
   濾過装置。